华东理工大学毕业设计（论文）题目城市轨道交通再生制动能量回收系统研究学院华东理工大学专业电气自动化年级 2016 学号 26140118姓名导师定稿日期： 2016年 11月12 日摘要城市轨道交通作为一种运量大、速度快、污染少、舒适性好的交通工具，很有力的缓解大中型城市乘车难、环境污染及交通拥堵等难题。
近年来我国着力发展城市轻轨和地铁，本文主要以地铁作为研究对象。
城市轨道交通站间距离短、运行密度高，机车频繁制动吋产生相当可观的再生能量，将产生的能量得以利用，不仅节约能源、保护环境同时降低电压利于机车安全运行。
再生制动产生的能量得以利用是本文研究的重点，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。
本课题以建立地铁再生制动及能量吸收仿真平台为目的，利用仿真软件建立机车运行制动模型及混合型能量吸收模型。
首先，分析和总结几种城市轨道交通车辆制动方案的优缺点，重点研究馈能型再生制动方案的基本原理及主要技术问题，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。
然后基于电阻制动原理，结合逆变并网电阻制动方案进行建模、仿真分析，并对再生制动产生功率及电流进行粗略的计算。
关键词：再生制动；逆变并网；电阻制动AbstractAs a large capacity, fast speed, less pollution and comfortable transportation, urban rail transit effectively alleviate the transportation pressure of the large and medium-sized city, environmental pollution and traffic congestion . In recent years, China began to develop the light rail transit and subway. The subway stations has shorter distance and locomotive has haig density running. During locomotive frequently braking, it produced considerable regeneration energy. Reasonable utilization of the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the regeneration energy not only save energy, protect environment but also reduce the voltage grade for the locomotive’s safety operation. This paper is the focus on utilization of the regeneration energy, and The inverter-resistance hybrid method is propose. This topic is purposed to build Metreo regenerative braking and inverter-resistance hybrid energy absorption model by simulation software.Firstly, the urban rail transit power supply system has been introduced. Several vehicle braking scheme has been summarized and analyzed for their advantages and disadvantages. The inverter-resistance hybrid of regenerative braking energy absorption solution has been purposed.Secondly, combined with inver and resistance braking scheme, the model was built analyze and the power and current ofregenerative braking was computd.Key word: regenerative braking; inverter; resistance brake目录第1章绪论 (5)1.1城市轨道交通的发展 (2)1.2再生制动能量回馈的意义 (2)1.3本文的主要内容 (3)第2章再生制动能量吸收利用技术 (3)2.1 城市轨道交通供电系统 (4)2.2城市轨道交通再生制动能量吸收方案 (5)2.2.1车辆制动方式 (5)2.2.2 电阻能耗型 (6)2.2.3 电容储能型 (7)2.2.4逆变回馈型 (8)2.2.5 三种方案比较 (8)2.3逆变电阻混合型主从配合方案 (9)2.4 本章小结 (10)第3章混合逆变-电阻制动系统设计 (10)3.1逆变-电阻制动系统 (11)3.1.1逆变-电阻型控制策略 (11)3.1.2 逆变-电阻型仿真分析 (12)3.2制动工况仿真分析 (14)3.3再生制动的能量计算 (17)3.3.1机车制动特性及计算步骤 (17)3.4 基于制动特性曲线的计算实例 (19)3.5 本章小结 (22)致谢 (22)参考文献 (23)第1章绪论1.1城市轨道交通的发展随着社会经济的高速发展，城市人口密集度和流动度日益增加，现有的交通已经不堪重负，交通不便已成为制约社会经济发展的一大因素，同时造成大中城市居民出行难坐车难的现象。
机动车辆的增长，导致交通更加拥堵，同时造成了大气污染和噪声污染。
城市轨道交通具有运量大、速度快、空间利用合理、污染少等特点，因此它受到世界各国的青睐。
大力发展城市轨道交通已成为各国解决城市交通拥堵问题的重要手段。
我国城市轨道交通发展比较滞后，近年来国家己充分认识到发展城市轨道交通的重要性，各大省会城市均已修建地铁或整改规划地铁线，而特大城市已开始发展轨道交通的网络化建设。
北京、上海、广州、等城市已有多条轨道交通线路开通运行。
同时青岛、昆明、兰州、济南、合肥等城市已经开展城轨交通的建设工作。
至2016年，国内城轨线路将拥有89条，超过2500公里的运营里程［1]。
1.2再生制动能量回馈的意义城市轨道交通已得到大力发展，地铁作为城市轨道交通的主要运输工具，相对干线电气化铁路而言，地铁具有站间距离短、启动制动频繁、运行速度变化相对较大等特点。
一般交流传动的地铁车辆再生制动反馈能量占牵引吸收能量的，此反馈比例与车辆的特性、线路特征息息相关。
地铁机车制动过程中产生的能量会使牵引网电压升高，若不釆取任何吸收或消耗措施，将导致牵引网压超过规定值，造成其他供电设备的损坏。
对地铁再生电能进行回收再利用，有着重要的现实意义：首先，有助于提高电能的利用率，减少电能消耗；其次，稳定牵引网电压，提高供电可靠性；第三，可以降低地铁随道洞体和车站内的温升，改善地铁站内空气质量；第四，合理配置再生能量回收装置还能减少车载设备，减少车辆自重，从而降低列车能耗并减轻电网负担，提高车辆行驶的安全性和使用的经济性从节约能源的角度看，研究能量的逆变并网十分必要。
1.3本文的主要内容本文主要研究内容如下：（1）分析和总结几种城市轨道交通车辆制动方案的优缺点，重点讨论馈能型再生制动方案的基本原理及主要技术问题，提出逆变电阻混合型再生制动能量吸收方案。
（2）基于电阻制动原理，结合逆变并网电阻制动方案进行建模、仿真分析，保证列车供电系统的安全可靠经济的运行，并将制动工况的仿真分析与再生制动产生功率及电流进行粗略计算结果相比较。
第2章再生制动能量吸收利用技术2.1 城市轨道交通供电系统我国城市轨道交通直流牵引供电系统电压主要有DC750V、DC1500V两种电压等级，牵引供电制式比较分析见表2-1。
接触网按结构分为架空式和接触轨式，按悬挂方式可分为刚性、柔性接触网。
结合牵引网的形式，牵引供电方式主要分为DC750V接触轨系统、DC1500V柔性架空牵引网系统、DC1500V刚性架空牵引网系统和DC1500V接触轨系统等四种基本形式。
现我国轨道交通供电系统多采用DC1500V供电。
表2-1牵引供电制式比较电压等级特点适用范围允许电压波动范围DC750V 供电可靠性高、寿命长、维修费用低。
供电距离短、牵引变电所数量多、杂散电流大、运营电能损耗大适用于中小运量轨道交通系统500V-900VDC1500V 供电距离长、牵引变电所少、牵引网电流小、杂散电流小、利于车辆再生制动能量的吸收适用于中大运量、站间距长的轨道交通系统1000V-1800V城市轨道交通供电系统，地铁供电系统构成框图如图2-1所示，主要由以下几部分构成：（1）主变电所为地铁建设的专用变电所，只有采用集中式供电方式时才设置，专为地铁牵引供电系统和供配电系统供电。
主变电所一般沿地铁线路靠近车站的位置建设，以便于电缆线路的引入。
（2）中压网络联系主变电所、牵引变电所、降压变电所的供电网络，一般采用电缆线路、环网供电方式。
（3）牵引供电系统专为电动车辆服务，包括牵引变电所、沿线敷设的牵引网。
（4）供配电系统专为地铁除电动车辆以外的所有动力照明负荷供电，如车站和区间的动力、照明及其他为地铁服务的自动化用电设施，供配电系统包括降压变电所、低压配电系统［2]。
图2-1 地铁供电系统构成框图2.2城市轨道交通再生制动能量吸收方案2.2.1车辆制动方式随着地铁列车交流传动技术的推进，车辆制动模式主要以电制动为主和机械制动为辅，基本制动方案见表2-2。
机械制动又称空气制动，通过间与车轮的摩擦，使其制动停止。
电制动主要指控制牵引电机的转速使其由电动机状态转变为发电机状态，使动能转化为电能，再通过其他方式消耗掉。
若通过电阻消耗，则称之为电阻制动。
若通过逆变装置，送回牵引网或供配系统，则称之为逆变回馈再生制动。
若通过电容，将其储存起来，则称之为电容储能型再生制动。
当机车制动时，牵引电机由电动机状态变为发电机状态，引起牵引网电压抬高，若不采取电能吸收或消耗措施，会使得网压水平超出电上限值，电压过高给设备造成损害，可能引起故障从而造成系统瘫痪。
表2-2 车辆的基本制动方案制动方式制动原理常用制动电制动为主，机械制动为辅紧急制动机械制动快速制动电制动为主，机械制动为辅停放制动弹簧施加，压缩空气缓解机械制动控制计算机数字指令，模拟气控制2.2.2 电阻能耗型电阻耗能是利用大功率电阻将列车再生制动产生的能量消耗并以热量的形式消散于空气中。